原位聚合透明聚苯胺电极及其在染料敏化太阳电池中的应用.pptVIP

原位聚合透明聚苯胺电极及其在染料敏化太阳能电池中的应用 讲解人： 摘要 一.1个标准DSSCs包括：1. 染料敏化TiO2光电阳极2. 碘化物/三碘化物电解液3. 1个对电极二.对电极 对电极在DSSCs 中起很重要的作用，用于将碘三负离子分解为碘离子来完成电子迁移 对电极通常是将铂镀在掺杂F的SnO2（FTO）上，因为铂有高催化活性和高导电性。而铂是惰性金属，并且两种用于制备Pt对电极的通用方法（喷涂，热再混合）都是高耗能的。因此DSSCs的成本和能量的回收时间会增加，这就成为大规模商业应用的限制因素。所以要研究更多功能材料代替铂来作为对电极应用于更节约成本的DSSCs中。比如各种碳素材料，碳黑、 活性炭、石墨、碳纳米管、石墨烯等。 最近，人们开始对像聚苯胺和聚苯乙烯这样具有高导电性的聚合物有了研究兴趣，可以用来替代Pt对电极。因为他们不仅低成本而且有极高的催化活性，特别是PANI是一种极好的导电聚合物，它很容易制备且又很好的导电性和环境稳定性。三.双面DSSCs   传统的DSSCs只能通过将光从FTO玻璃引入来起作用，因为对电极一般是不透光的。另一个降低成本的方法就是 DSSCs的双面设计。这种设计有更高的捕光效率的优点，因为它能利用两面的入射光，这就能进一步降低能源产品的价格。 双面DSSCs要就对电极有一定的透明度。半透明的Pt电极可以在一个透明的基片上镀上一层薄薄的Pt层来制备，但经常会遇到一个主要问题是它的高反射系数，更不用说之前提到的高成本问题了。另一方面，对于碳素材料对电极来说，要求厚度要达到7微米才能达到期望的导电性和催化活性，所以将其制成透明的很困难。 鲜绿色的PANI同N3或N719染料在可见光范围内有互补吸收的特性，这意味着，当光通过1个薄薄的PANI薄膜时，损失的能量可以被N3或N719染料利用，使损失的能量最小化。这样，用透明的PANI对电极制备有效率的双面DSSCs是有可能的。特别的，当光电阳极也制备成透明或半透明时，就可得到双面透明灵敏的DSSCs了。 下面是PANI作对电极的双面DSSCs 的微观结构示意图  结果和讨论 用循环伏安测量法研究PANI电极I/I3离子氧化还原偶联的催化活性，在同样的条件下也研究Pt电极。2个电极上都观察到氧化还原的波动曲线，左右两对曲线分别是I/I3离子的氧化和I2/I3 离子的还原曲线。DSSC中的对电极是为了促进将I3离子还原成I负离子，因此，左边的曲线的峰值特征是我们研究的重点。峰值的电流密度可用来求对电极的催化活性值。人们发现PANI因为有高峰值电流密度，所以催化活性比Pt电极好。所以PANI可以用于DSSCs中作高效率的对电极。  （ a）在100mW/cm2,AM 1.5下DSSCs用Pt和PANI作对电极时J-V特征曲线。 活泼区是0.25cm2 （b）用EIS光谱在开电路中， 100mW/cm2,AM 1.5下测量的结果。 用PANI作对电极的电池，电路电流密度（Jsc）为15.24mA/cm2,开电路电压710mV，填充系数为0.6，电源转化率6.54%。而用Pt作对电极时，电源转化率为6.7%。用交流阻抗法来进一步研究对电极的性质与这个电池的J-V性质之间的关系。 用来描述对电极界面电迁移在最高频率区得半圆是研究的重点。可以得到对电极界面的电荷迁移电阻（Rct），Rs表示电池电阻串联的电阻值，可以从第一个半圆的起点读出来，它会影响电池的填充系数。 PANI电极的Rct比Pt的高一些，这是因为PANI的高表面积。而高表面积是由于它疏松多孔的特性，AFM证实均方根粗糙度大约为40nm。填充系数的降低是因为克服PANI电极更大的阻力而使Rs值增加 （a）透明PANI电极与N3敏化TIO2薄膜的紫外可见吸收光谱范围。（b）在AM1.5，100mW/cm2下，用PANI作对电极的双面DSSCs前后光照的J-V曲线 PANI薄片有很好的透明度范围，450-750nm，在510nm时有最大投射比74%；同时，N3主要在450-650nm范围内吸收。